(57)【要約】  本発明は、ヘッドセット（４）を備えるバーチャルリアリティアクセサリに関する。該アクセサリは、ヘッドセット（４）に取り付けられてヘッドセット（４）に特定の方向でトルクを加える少なくとも１つのジャイロアクチュエータ（１０）と、ジャイロアクチュエータ（１０）に接続され、バーチャルリアリティシミュレーションにおけるユーザの動きに関する触覚フィードバックが生成されるように、制御コマンドに従ってジャイロアクチュエータ（１０）を制御するよう構成されたコントローラ（１２）とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドセット（４）を備えるバーチャルリアリティアクセサリであって、
前記ヘッドセット（４）に取り付けられて前記ヘッドセット（４）に特定の方向でトルクを加える少なくとも１つのジャイロアクチュエータ（１０）と、
前記ジャイロアクチュエータ（１０）に接続され、バーチャルリアリティシミュレーションにおけるユーザの動きに関する触覚フィードバックが生成されるように、制御コマンドに従って前記ジャイロアクチュエータ（１０）を制御するよう構成されたコントローラ（１２）と、
を備えることを特徴とする、
アクセサリ。
【請求項２】
前記ヘッドセット（４）に取り付けられて前記ヘッドセット（４）に特定の方向でトルクをそれぞれ加える４つの前記ジャイロアクチュエータ（１０）を備え、
前記コントローラ（１２）は、前記ジャイロアクチュエータ（１０）のそれぞれに接続され、バーチャルリアリティシミュレーションにおける前記ユーザの動きに関する触覚フィードバックが生成されるように、それぞれの制御コマンドに従って前記ジャイロアクチュエータ（１０）を同時に制御するよう構成される、
請求項１に記載のアクセサリ。
【請求項３】
前記ヘッドセット（４）は、バーチャルリアリティシミュレーション装置（８）のための装着部（６）を備える、
請求項１または２に記載のアクセサリ。
【請求項４】
前記ヘッドセット（４）は、前記バーチャルリアリティシミュレーション装置（８）を受容する、
請求項３に記載のアクセサリ。
【請求項５】
前記ヘッドセット（４）は、仮面の形態を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクセサリ。
【請求項６】
前記ヘッドセット（４）の２つの対称軸に対して、対をなして実質的に対称に配置された４つの前記ジャイロアクチュエータ（１０）を備える、
請求項５に記載のアクセサリ。
【請求項７】
前記ジャイロアクチュエータ（１０）は、前記仮面の角部にそれぞれ配置される、
請求項６に記載のアクセサリ。
【請求項８】
前記ヘッドセット（４）は、前記ユーザの眼球領域を覆うことなく、前記ユーザの頭蓋部に装着されるよう設計されたシェル（１４）を有することを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクセサリ。
【請求項９】
前記ヘッドセット（４）の２つの実質的に直交する対称軸に対して、対をなして実質的に対称に配置された４つの前記ジャイロアクチュエータ（１０）を備える、
請求項８に記載のアクセサリ。
【請求項１０】
前記ジャイロアクチュエータ（１０）は、前記ユーザの頭蓋部の角部に実質的に対応する位置において前記シェル（１４）上に配置される、
請求項９に記載のアクセサリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーチャルリアリティの分野に関し、より詳細には、バーチャルリアリティシミュレーションに適したアクセサリに関する。
【背景技術】
【０００２】
バーチャルリアリティは、目覚ましい成長を遂げている分野であり、マスマーケットの対象になりつつある。しかしながら、特にバーチャルリアリティシミュレータを使用するユーザの健康に関する課題等、克服すべき多くの課題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
実際、ユーザがバーチャルリアリティシミュレーションに没頭しているとき、シミュレーション内の動きを感知するユーザ自身の視覚と、擬似的な不動状態を感知するユーザ自身の前庭系との間で矛盾が生じることが多い。最も好ましい場合は、この矛盾はユーザ自身の没入度の低さによって引き起こされる。しかしながら、最悪の場合、この矛盾はユーザの具合を悪くさせることがある。この現象は、「シミュレータ酔い」として知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、この状況を改善する。この目的のために、本発明は、ヘッドセットを備えるバーチャルリアリティアクセサリを提供する。該アクセサリは、ヘッドセットに取り付けられてヘッドセットに特定の方向でトルクを加える少なくとも１つのジャイロアクチュエータと、ジャイロアクチュエータに接続され、バーチャルリアリティシミュレーションにおけるユーザの動きに関する触覚フィードバックが生成されるように、制御コマンドに従ってジャイロアクチュエータを制御するよう構成されたコントローラとを備えることを特徴とする。
【０００５】
該アクセサリは、携帯可能であり、ユーザ自身の動きを妨げることなくユーザの没入度を改善することができ、シミュレーションの場における物理的環境への固定を必要としないので、特に有利である。
【０００６】
別の変形例によれば、本発明によるアクセサリは、以下の特徴のうちの１つまたは２つ以上を有することができる：
・  アクセサリは、ヘッドセットに取り付けられてヘッドセットに特定の方向でトルクをそれぞれ加える４つのジャイロアクチュエータを備え、コントローラは、各ジャイロアクチュエータに接続され、バーチャルリアリティシミュレーションにおけるユーザの動きに関する触覚フィードバックが生成されるように、それぞれの制御コマンドに従ってジャイロアクチュエータを同時に制御するよう構成される。
・  ヘッドセットは、バーチャルリアリティシミュレーション装置のための装着部を備える。
・  ヘッドセットは、バーチャルリアリティシミュレーション装置を受容する。
・  ヘッドセットは、仮面の形態を有する。
・  アクセサリは、ヘッドセットの２つの対称軸に対して、対をなして実質的に対称に配置された４つのジャイロアクチュエータを備える。
・  ジャイロアクチュエータは、仮面の角部にそれぞれ配置される。
・  ヘッドセットは、ユーザの眼球領域を覆うことなく、ユーザの頭蓋部に装着されるよう設計されたシェルを有する。
・  アクセサリは、ヘッドセットの２つの実質的に直交する対称軸に対して、対をなして実質的に対称に配置された４つのジャイロアクチュエータを備える。
・  ジャイロアクチュエータは、ユーザの頭蓋部の角部に実質的に対応する位置においてシェル上に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な且つ添付の図面に示された実施例に関する以下の説明からより明確になるであろう。
【図１】本発明の第１の実施形態によるバーチャルリアリティアクセサリを着用したユーザを示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】図１の上面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるバーチャルリアリティアクセサリを着用したユーザを示す斜視図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】図５の側面図である。
【図８】図５の上面図である。
【図９】図１〜図８に示すアクセサリのうちの１つに使用することができるジャイロアクチュエータを示す図である。
【図１０】図１〜図８に示すアクセサリのうちの１つに使用することができるジャイロアクチュエータを示す図である。
【図１１】図１〜図８に示すアクセサリのうちの１つに使用することができるジャイロアクチュエータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面および以下の説明は、特定の特徴を有する要素の大部分を網羅している。したがって、それらを、本発明をよりよく理解するためだけでなく、その定義に貢献するためにも適宜使用することができる。
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態によるバーチャルリアリティアクセサリ２を着用したユーザを示す斜視図である。以下の図１の説明において、図２〜図４も参照する。
【００１０】
バーチャルリアリティアクセサリ２は、仮面の形態を有するヘッドセット４を備える。ヘッドセットは、Oculus Rift（登録商標）またはHTC Vive（登録商標）のような市販されているバーチャルリアリティヘッドセットと同様のものであり、ユーザの頭蓋部を完全に覆うことなく、ユーザの頭蓋部の一部である眼球領域を基本的に覆う。
【００１１】
本実施形態において、ヘッドセット４は、バーチャルリアリティシミュレーション装置８を受容する装着部６を有する。好ましくはユーザがスクリーンの画像のみを感知して他の光源を感知しないように、装着部６によって、ユーザの目がバーチャルリアリティシミュレーション装置８のスクリーンに直接さらされる。バーチャルリアリティアクセサリ２とバーチャルリアリティシミュレーション装置８とが、ヘッドマウントディスプレイを構成する。したがって、バーチャルリアリティシミュレーション装置８は、シミュレーションを表示するためのスクリーンを１つまたは２つ以上備えることができ、任意選択でシミュレーション計測手段を備えることができる。
【００１２】
あるいは、ヘッドセット４は、装着部を有さなくてもよい。この場合、バーチャルリアリティシミュレーション装置８自体が装着要素を有する。これにより、ユーザの目の高さに合わせて後者をユーザの頭蓋部に配置することができる。
【００１３】
また、バーチャルリアリティアクセサリ２は、４つのジャイロアクチュエータ１０を備える。各ジャイロアクチュエータは、フライホイールと、実質的に一定の速度でサーボ制御するための制御電子回路を含む、フライホイールの駆動モータと、制御電子回路を含む駆動モータと直交する軸方向に配置され、組立体を回転可能にする歳差運動モータと、駆動モータと歳差運動モータとを接続する自在継手とを備える。
【００１４】
ここに記載する実施例において、フライホイールは、円筒形またはトロイダル形の重りのような形態を有して作製され得る。また、駆動モータは、フライホイールの回転速度を２０００ｒｐｍ〜４００００ｒｐｍ程度まで上げることができる。
【００１５】
ここに記載する実施例において、ジャイロアクチュエータ１０は、ヘッドセット４の４つの角部に配置される。これにより、各ジャイロアクチュエータ１０は、特有の制御コマンドに従って制御されて、配置される位置においてヘッドセット４に対するトルクを加えることができる。そのため、このコマンドは、各アクチュエータの所望のトルクおよび歳差運動角に従った歳差運動モータの作動方法を確立する。
【００１６】
また、バーチャルリアリティアクセサリ２は、コントローラ１２を備える。コントローラ１２の機能は、ジャイロアクチュエータ１０をそれぞれの制御コマンドに従って同時に制御して、それらが生成するトルクによってユーザに触覚フィードバックを提供するものである。ここに記載する実施例において、コントローラ１２は、ヘッドセット４に組み込まれる。ジャイロアクチュエータ１０およびコントローラ１２には、図示しないバッテリによって電気的に電力が供給される。バッテリとして、ヘッドセット４またはリモートコントローラに組み込まれる任意選択のバッテリを使用することができる。また、コントローラ１２は、ヘッドセット４から遠隔操作され得る。あるいは、電源は、有線または無線の外部電源であり得る。
【００１７】
ここに記載する実施例において、コントローラ１２は、バーチャルリアリティシミュレーション装置８から加速度データを受信し、これらのデータを各ジャイロアクチュエータ１０に対するコマンドに変換する。あるいは、アクチュエータ１０のすべての制御値計算がバーチャルリアリティシミュレーション装置８によって実行され、コントローラ１２の機能としてジャイロアクチュエータ１０のそれぞれが同期制御されるように、コントローラ１２を簡素化することもできる。コントローラ１２は、有線または無線の任意選択の適切な手段を介して、プロプライエタリまたは非プロプライエタリのプロトコル等によって、バーチャルリアリティシミュレーション装置８に接続され得る。
【００１８】
本出願人は、バーチャルリアリティシミュレーションにおける触覚フィードバックの適用に関して、ジャイロアクチュエータが多くの利点を提供することを見出した。実際、アクチュエータは、連続的且つ大きな力を有するトルクを生成する能力を有し、リアクションホイールとは異なって、飽和効果なしに利用可能な有用なエネルギー振幅比を示す。
【００１９】
さらに、ジャイロアクチュエータによって、移動の方向を妨げることなくまた制限することなく、連続的なトルクが生成され得る。また、外部からの機械的な支持を必要としないため、バーチャルリアリティアクセサリ２は、バーチャルリアリティシミュレーションに特に適していると言える。
【００２０】
例えば、バーチャルリアリティシミュレーション装置８によって視覚的にレンダリングされた加速度は、ヘッドセット４によってユーザの頭蓋部に加えられる且つ加速度に比例する力に基づいて、バーチャルリアリティアクセサリ２によって再現され得る。あるいは、加えられる力は、加速度に正比例せずに、加速度および／または速度から算出される。
【００２１】
実際、自動車における加速時には、体が支持体（座席）に固定され、車両の加速に応じて加速される。頭蓋部が慣性力を受けると、それに応じて、頭蓋部を後方向に回転させるトルクが生成される。同様の現象が、減速時、ブレーキ時またはターン時に発生する。
【００２２】
したがって、バーチャルリアリティアクセサリ２によって、車両内でユーザが着座しているときに受けるのと同様の方法で、頭蓋部にトルク力が加えられる。
【００２３】
ここに記載する実施例では、４つのジャイロアクチュエータを使用してフィードバックにおける曖昧さを回避しているが、３次元の動きに基づいた触覚フィードバックをユーザに提供する場合は３つのアクチュエータで十分であり、ロールやピッチをシミュレートするだけであれば１つのアクチュエータで十分である。
【００２４】
図５は、本発明の第２の実施形態によるバーチャルリアリティアクセサリ２を着用したユーザを示す斜視図である。以下の図５の説明において、図６〜図８も参照する。
【００２５】
第２の実施形態は、第１の実施形態と共通するいくつかの特徴を有する。したがって、以下では相違点のみを説明し、機能的に類似する特徴には同一の参照符号を付する。
【００２６】
本実施形態における主な相違点は、バーチャルリアリティアクセサリ２がバーチャルリアリティシミュレーション装置８とは機械的に異なるように設計されていることである。本実施形態において、装着部６は設けられない。したがって、ヘッドセット４は、ユーザの眼球領域から離間して、頭蓋部の大部分または略すべてを覆うシェル１４を備える。
【００２７】
これにより、バーチャルリアリティアクセサリ２に、より多くのバーチャルリアリティシミュレーション装置８との互換性をもたせることができ、ジャイロアクチュエータ１０の位置の自由度をより高めることができる。
【００２８】
ここに記載する実施例において、バーチャルリアリティシミュレーション装置８は、ヘッドセット４と干渉することなくユーザの顔面上に配置されるヘッドマウントディスプレイである。
【００２９】
本実施形態において、ジャイロアクチュエータ１０は、ヘッドセット４の２つの実質的に直交する対称軸に対して、対をなして実質的に対称に、頭蓋部の４つの「角部」に配置される。これらの軸は、図５において点線で示されている。これらのジャイロアクチュエータ１０が配置されることよって、触覚フィードバックをより精密に制御することができ、且つより強固にヘッドセットをユーザの頭蓋部に装着することができるようになる。
【００３０】
図９〜図１２は、特定のジャイロアクチュエータ１０を示す様々な図である。図９は、ジャイロアクチュエータ１０の斜視図である。図１０は、図９の矢印Ｘにおける側面図である。図１１は、図１０の軸ＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。図１２は、ジャイロアクチュエータを下から見た、図９と同様の図である。
【００３１】
ジャイロアクチュエータ１０は、フライホイールとして機能するロータ２０を備える。ロータ２０は、ブラシレスモータ２２によって駆動される。ブラシレスモータ２２は、ヒートシンクとして機能するラジエータ２６と熱的に結合された電力部品を有する埋込み型の電子機器の形態で組み込まれたコントローラ２４によって制御される。
【００３２】
電力および制御信号は、回転する整流子２７を介してコントローラ２４に送られる。ブラシレスモータ２２、コントローラ２４およびラジエータ２６から構成された組立体が、自在継手２８に取り付けられる。自在継手２８は、ローリングベアリング３２および３４によって、支持体３０にピボット接続される。
【００３３】
また、ジャイロアクチュエータは、ステッピング型の歳差運動モータ３６を備える。これにより、自在継手２８の軸に固定されたギヤ３８を介して、自在継手２８が駆動され得る。ギヤ機構３８は、歳差運動モータ３６の支持体としても機能するケーシング４０によって保護される。
【００３４】
上記において、バーチャルリアリティシミュレーション装置について言及した。これらの装置は、シミュレーションに必要な計算の大部分を実行することができ、主に別のコンピュータに接続されるディスプレイとすることもできる。さらに、本発明の範囲を逸脱しないバーチャルリアリティの概念は、（例えば自動車等の）バーチャル世界での動きにおけるシミュレーションであろうと（例えば作業ロボットの）遠隔制御であろうと、ユーザの動きに関するシミュレーションを包含する。また、これらのバーチャルリアリティシミュレーション装置は、ディスプレイに加えて、シミュレートされた環境を再現するために設けられた触覚要素、聴覚要素、視覚要素のような要素を含むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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